×

利用仿生材料模型对动态声机械结构进行拓扑优化。 (英语) Zbl 1506.74279号

摘要:由于声学和结构域之间的相互作用以及结构的人工局部振动模式,动态声-机械结构的拓扑优化具有挑战性。本文提出了一种基于混合位移/压力((mathbf{u}/p)有限元公式和替代材料模型的浮动投影拓扑优化(FPTO)方法。前者能够在优化过程中释放明确跟踪结构域和声学域之间的界面边界的需要。替代材料模型使我们能够完全避免由极高的质量和刚度比引起的人为局部振动模式。浮动投影模拟了原始的0/1约束,并在所需的水平上逐渐将设计变量推向0或1,从而可以通过平滑设计准确地表示基于元素的优化设计。给出了一些二维和三维数值算例,包括在指定区域最小化声压、抑制结构振动和最大化声传输损失,以证明所提出的拓扑优化算法的有效性。优化的解决方案实现了使用混合配方的基于元素的设计和使用分离配方的平滑设计之间目标函数的一致性。研究表明,采用仿生材料模型的FPTO方法是优化动态声机械结构的一种很有前景的方法。

MSC公司:

第74页第15页 固体力学优化问题的拓扑方法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 本德瑟,M.P。;Kikuchi,N.,使用均匀化方法在结构设计中生成最佳拓扑,计算。方法应用。机械。工程,71,197-224(1988)·Zbl 0671.73065号
[2] 黄,X。;Xie,Y.M.,《连续体结构的拓扑优化:方法和应用》(2010),John Wiley&Sons:John Willey&Sons Chichester·Zbl 1279.90001号
[3] Bendsöe,M.P.,作为材料分配问题的最佳形状设计,结构。最佳。,1, 193-202 (1989)
[4] 周,M。;Rozvany,G.I.N.,DCOC——大型系统的优化准则方法,第一部分:理论,结构。最佳。,5, 12-25 (1992)
[5] Bendse,M.P。;Sigmund,O.,《拓扑优化:理论、方法和应用》(2004),斯普林格·弗拉格:斯普林格尔·弗拉格-柏林-海德堡·Zbl 1059.74001号
[6] 西格蒙德,O。;Maute,K.,《拓扑优化方法:比较综述》,结构。多磁盘。最佳。,48, 6, 1031-1055 (2013)
[7] 黄,X。;Xie,Y.M.,双向进化结构优化方法的收敛和网格无关解,有限元。分析。设计。,43, 1039-1049 (2007)
[8] 黄,X。;Xie,Y.M.,具有一种或多种材料的连续体结构的双向进化拓扑优化,计算。最佳方案。申请。,42, 2, 393-401 (2009) ·兹比尔1162.74425
[9] 夏,L。;夏,Q。;黄,X。;Xie,Y.M.,《先进结构和材料的双向进化结构优化:综合评述》,Arch。计算。方法工程,25,2,437-478(2017)·Zbl 1392.74074号
[10] Wang,M.Y。;王,X。;郭,D.,结构拓扑优化的水平集方法,计算。方法应用。机械。工程,192,1,227-246(2003)·Zbl 1083.74573号
[11] Allaire,G。;Jouve,F。;Toader,A.M.,《使用灵敏度分析和水平集方法进行结构优化》,J.Compute。物理。,194, 1, 363-393 (2004) ·Zbl 1136.74368号
[12] Alexandersen,J。;西格蒙德,O。;Aage,N.,《自然对流冷却散热器的大规模三维拓扑优化》,《国际传热传质杂志》,100876-891(2016)
[13] Sumer,理学学士。;迪尔根,C.B。;Fuhrman,D.R。;西格蒙德,O。;Lazarov,B.S.,湍流传热系统基于密度的拓扑优化,结构。多磁盘。最佳。,57, 5, 1905-1918 (2018)
[14] 周,S.W。;Li,Q.,稳态Navier-Stokes流拓扑优化的变分水平集方法,J.Compute。物理。,227, 10178-10195 (2008) ·兹比尔1218.76023
[15] Li,W.B。;孟,F。;Chen,Y.F。;Li,Y.F。;黄,X.,光子和声子晶体及超材料的拓扑优化:综述,高级理论模拟。,2, 1900017, 1-22 (2019)
[16] 孟,F。;贾,B.H。;黄,X.,具有最大全向带隙的拓扑优化三维光子结构,高级理论模拟。,1800122, 1-5 (2018)
[17] Sigmund,O.,《使用拓扑优化设计多物理致动器——第一部分,计算》。方法应用。机械。工程,190,49-50,6577-6604(2001)·Zbl 1116.74407号
[18] Yoon,G.H.,使用新的整体式公式进行静态流体-结构相互作用问题的拓扑优化,Internat。J.数字。方法工程,82,591-616(2010)·Zbl 1188.74048号
[19] Kook,J。;Jensen,J.S.,利用声-结构相互作用提高损耗因数的周期性微结构拓扑优化,国际固体结构杂志。,122-123, 59-68 (2017)
[20] 塞廷,B.D。;Dilgen,S.B。;Aage,N。;Jensen,J.S.,声-机械相互作用问题的拓扑优化:比较综述,结构。多磁盘。最佳。,60, 2, 779-801 (2019)
[21] Kook,J.,使用混合u/p有限元公式的声-结构相互作用问题的进化拓扑优化,机械。基于Des。结构。马赫数。,47, 356-374 (2019)
[22] 舒,L。;Wang,Y.M。;Ma,Z.D.,基于水平集的振动结构耦合声-结构动力学拓扑优化,计算。结构。,132, 34-42 (2014)
[23] 德赛,J。;Faure,A。;Michailidis,G。;帕里,G。;Estevez,R.,通过水平集方法进行声学和弹性声学拓扑优化,J.Sound Vib。,420, 73-103 (2018)
[24] 野口勇,Y。;山田,T。;Otomori先生。;Izui,K。;Nishiwaki,S.,《利用拓扑优化将纵波转换为横波的声波亚表面设计》,应用。物理学。莱特。,107,第221909条pp.(2015)
[25] Novotny,A.A。;Sokokołowski,J.,形状优化中的拓扑导数(2013),Springer:Springer Berlin·Zbl 1276.35002号
[26] 野口勇,Y。;山本,T。;山田,T。;Izui,K。;Nishiwaki,S.,利用两相材料模型同时设计弹性结构和耦合声学腔的基于水平集的拓扑优化方法,J.Sound Vib。,404, 15-30 (2017)
[27] 皮切利,R。;维森特,W.M。;巴瓦内洛,R。;Xie,Y.M.,考虑声-结构相互作用的自然频率最大化问题的进化拓扑优化,有限元。分析。设计。,106, 15, 56-64 (2015)
[28] 维森特,W.M。;皮切利,R。;巴瓦内洛,R。;谢永明,流体-结构相互作用系统频率响应的拓扑优化,有限元。分析。设计。,98, 1-13 (2015)
[29] 尹,S.W。;陈,N。;Yu,D.J。;Ma,Z.D.,用于最小化具有多尺度随机参数的结构声耦合系统的声压级的微结构拓扑优化,工程优化。,51, 7, 1185-1206 (2018) ·Zbl 1523.74157号
[30] 黄,X。;左,Z.H。;谢永明,振动连续体结构固有频率的进化拓扑优化,合成。结构。,88, 5-6, 357-364 (2010)
[31] C.M.Ester,J.S.Jensen,J.Brunskog,M.Larsen,强耦合振动声学系统的拓扑优化,收录于:第六届噪声与振动新兴方法会议,西班牙,第171629卷,2018年,第1-12页。
[32] 齐恩凯维奇,O。;Taylor,R.,《有限元法》(2000),巴特沃斯·海尼曼:巴特沃斯·黑尼曼牛津·Zbl 0991.74002号
[33] 王,X。;Bathe,K.J.,声波-流体-结构相互作用问题基于位移/压力的混合有限元公式,国际。J.数字。方法工程,40,11,2001-2017(1997)·Zbl 0886.73073号
[34] Yoon,G.H。;Jensen,J.S。;Sigmund,O.,使用混合有限元公式的声-结构相互作用问题的拓扑优化,国际。J.数字。方法工程,70,9,1049-1075(2007)·Zbl 1194.74277号
[35] 西格蒙德,O。;Clausen,P.M.,使用混合公式进行拓扑优化:解决压力载荷问题的替代方法,计算。方法应用。机械。工程,196、13-16、1874-1889(2007)·Zbl 1173.74375号
[36] Pedersen,N.L.,使用拓扑优化最大化特征值,结构。多磁盘。最佳。,20, 2-11 (2000)
[37] 斯托尔佩,M。;Svanberg,K.,最小柔度拓扑优化的替代插值方案,Struct。多磁盘。最佳。,22, 116-124 (2001)
[38] 黄,X.,利用浮动投影进行结构的光滑拓扑设计,工程结构。,208,第110330条pp.(2020)
[39] Jensen,J.S.,一种简单的耦合声-力分析方法,应用于基于梯度的拓扑优化,Struct。多磁盘。最佳。,59, 5, 1567-1580 (2019)
[40] 杜林,M.B。;Jensen,J.S。;Sigmund,O.,《通过拓扑优化进行声学设计》,J.Sound Vib。,317, 3-5, 557-575 (2008)
[41] 奥尔霍夫,N。;Du,J.B.,受迫振动连续体结构最小动态柔度的拓扑设计,(结构和连续体力学中的拓扑优化(2014),Springer),325-359
[42] 刘,B.S。;黄,X。;黄,C.F。;Sun,G.Y。;Sun,X.L。;李国英,动态周期荷载下结构的拓扑设计,工程结构。,142, 128-136 (2017)
[43] 周,J。;Bhaskar,A。;Zhang,X.,通过双层壁板的声音传输优化,应用。蝗虫。,74, 1422-1428 (2013)
[44] Munjal,M.,《管道和消声器的声学及其在排气和通风系统设计中的应用》(1987年),Wiley-Interscience出版物。威利:威利国际科学出版物。威利纽约
[45] 阿泽夫多,F.M。;莫拉,M.S。;维森特,W.M。;皮切利,R。;Pavanello,R.,使用双向进化优化方法对反应式消声器进行拓扑优化,Struct。多磁盘。最佳。,58, 2239-2252 (2018)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。